KR20190070508A - Fuel injection controlling system and method of Flex Fuel Vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료 분사 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 연료에 소정량의 에탄올이 포함된 혼합 연료를 연료로 사용하며 연료에 포함된 에탄올의 함량 변화 검출을 위한 에탄올 센서가 설치된 혼합 연료 차량(FFV, Flex Fuel Vehicle)의 연료 분사 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel injection control system and method, and more particularly, to a fuel injection control system and a fuel injection control system using a mixed fuel containing a predetermined amount of ethanol as a fuel and an ethanol sensor for detecting a change in the content of ethanol contained in the fuel , Flex Fuel Vehicle).
최근 환경 오염의 가속화로 인해 각국에서는 환경 규제를 강화하고 있으며, 친환경 차량 개발 및 대체연료 보급을 확대하고 있다. 특히 브라질 및 북미 지역에서는 석유사용량 감소와 농업 육성을 목적으로 바이오 에탄올을 대체연료로 보급하는 정책을 시행하고 있으며, 이에 따라 혼합 연료(가솔린+바이오 에탄올) 사용하는 혼합 연료 차량(FFV, Flex Fuel vehicle)에 대한 관심이 급증하고 있다.Recently, due to accelerated environmental pollution, countries are strengthening environmental regulations, and developing eco-friendly vehicles and increasing supply of alternative fuels. Particularly in Brazil and North America, bioethanol is being used as an alternative fuel for the purpose of reducing petroleum consumption and cultivating agriculture. As a result, a fuel-fired vehicle (FFV) using mixed fuel (gasoline and bio-ethanol) ) Is growing rapidly.
예를 들어, 2017년을 기준으로 미국에서는 차량의 가솔린 연료에 에탄올을 최대 15%까지 혼합하여 판매하고 있으며, 브라질의 경우 전체 승용 차량 판매량의 80% 이상을 혼합 연료 차량(FFV, Flex Fuel vehicle)이 차지하고 있을 정도로 혼합 연료 차량에 대한 관심이 증가하고 있다.For example, in the US in 2017, up to 15% ethanol is sold to gasoline fuels in the United States. In Brazil, more than 80% of total passenger vehicle sales are spent on FFV (Flex Fuel vehicle) Of the total fuel consumption.
신재생 에너지로 평가 받는 바이오 에탄올은 배기가스 내 유해 물질의 생성을 저감시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 탄소배출량이 적어 오존현상을 늦출 수 있다. 특히 식물에서 추출되는 바이오 에탄올은 탄소동화작용으로 전체 탄소배출량이 중립적이고, 농업경작을 통해 생산할 수 있어 지속가능성이 높다는 장점이 있다.Bioethanol, which is evaluated as renewable energy, has the advantage of reducing the generation of harmful substances in the exhaust gas. In addition, carbon emissions can be reduced and the ozone phenomenon can be delayed. In particular, bioethanol extracted from plants has the advantage that carbon emissions are neutral due to carbon assimilation and can be produced through agriculture and sustainability.
혼합 연료 차량은 앞서 언급 했듯이 동일 엔진에서 가솔린/에탄올 혼합 연료의 연소가 가능하다. 다만, 가솔린의 공연비는 14.7인 반면 에탄올의 공연비는 9이고, 가솔린의 옥탄가는 92인 반면 에탄올의 옥탄가는 111인 등 가솔린과 에탄올은 주요 특성의 차이가 있기 때문에 혼합 연료 내 에탄올의 정확한 함량을 파악하는 것이 매우 중요하다.Mixed fuel vehicles can burn gasoline / ethanol blended fuel in the same engine as mentioned above. However, since the air-fuel ratio of gasoline is 14.7, the air-fuel ratio of ethanol is 9, the octane number of gasoline is 92, and the octane number of ethanol is 111. Thus, since the gasoline and ethanol have different characteristics, Is very important.
혼합 연료의 에탄올 함량을 실제보다 낮게 파악할 경우 에탄올에서 가능한 점화 진각(Spark advance)을 충분히 이용하지 못해 비효율적이고, 혼합 연료의 에탄올 함량을 실제보다 높게 파악할 경우 과다한 점화 진각으로 인해 노킹(Knocking) 및 조기 점화(preignition) 등이 발생하여 엔진 손상을 초래할 수 있기 때문이다.If the ethanol content of the blended fuel is lower than the actual value, it is inefficient because it can not fully utilize the possible spark advance in the ethanol. If the ethanol content of the blended fuel is higher than the actual value, excessive ignition advance leads to knocking and early This is because preignition or the like may occur and cause engine damage.
이에 따라 종래의 혼합 연료 차량은 가솔린과 에탄올의 공연비가 다른 특성(가솔린 14.7, 에탄올 9)을 고려하여 산소 센서의 피드백 값을 이용하여 에탄올 함량을 학습하는 방식을 사용해왔다. 즉 종래의 혼합 연료 시스템은 연료의 에탄올 함량 변화 시 산소 센서로부터 검출된 공연비 오차를 통해 에탄올 함량을 학습을 하며 이를 연료 분사 제어에 이용하였다. Accordingly, conventional mixed-fuel vehicles have used a method of learning the ethanol content using the feedback value of the oxygen sensor in consideration of characteristics (gasoline 14.7, ethanol 9) of the air-fuel ratio of gasoline and ethanol. In other words, the conventional mixed fuel system learns the ethanol content through the air - fuel ratio error detected from the oxygen sensor when the ethanol content of the fuel changes, and uses it for fuel injection control.
좀 더 구체적으로는, 산소 센서로부터 검출된 공연비 오차를 통해 학습된 에탄올 함량을 기반으로 연료량 제어를 실시하며, 학습값이 실제와 차이가 있을 경우에는 산소 센서의 신호 편차가 발생하게 되므로, 산소 센서 신호값에 따라 현재의 에탄올 함량 학습값을 증감시켜 연료 함량 편차로 인한 공연비 피드백 제어값이 사라지도록 제어하였다.More specifically, the fuel amount control is performed based on the ethanol content learned through the air-fuel ratio error detected from the oxygen sensor. When the learning value is different from the actual value, the signal deviation of the oxygen sensor occurs. The present ethanol content learning value is increased or decreased according to the signal value to control the air-fuel ratio feedback control value due to the fuel content deviation to disappear.
이처럼 산소 센서를 이용하는 방식은 가솔린 시스템 대비 별도의 부품이 필요 없다는 장점이 있다. 그러나 에탄올 함량 학습(대략 300 ~ 800초)에 긴 시간이 소요되며, 센서의 노이즈 및 노화에 취약하고, 시동 초기와 같이 산소 센서가 활성화되지 않은 상태, 그리고 학습오차가 크게 발생하는 엔진 고부하 영역에서는 함량 학습이 어렵다는 단점이 있다. The advantage of using the oxygen sensor is that it does not need any additional parts compared to the gasoline system. However, it takes a long time to learn the ethanol content (about 300 ~ 800 seconds), is susceptible to noise and aging of the sensor, the oxygen sensor is not activated as in the initial stage of starting, There is a disadvantage in that content learning is difficult.
따라서, 즉각적이고 정확한 에탄올 함량 학습이 불가능하며, 결과적으로 에탄올 함량 변화에 맞춰 최적의 연소를 구현할 수 있는 연료 분사 제어가 곤란 하였다. 이에 터보 GDI (Gasoline Direct Injection) 엔진과 같이 연소압이 높은 고효율 엔진의 경우, 연료 내 에탄올 함량을 직접 측정할 수 있는 에탄올 센서를 사용하는 방안이 대두되었다.Therefore, it is impossible to immediately and accurately learn the ethanol content, and as a result, it is difficult to control the fuel injection which can realize the optimum combustion in accordance with the ethanol content change. In the case of a high-efficiency engine with a high combustion pressure such as a gasoline direct injection (GDI) engine, an ethanol sensor capable of directly measuring the ethanol content in the fuel has been proposed.
에탄올 센서를 사용하는 기술은 가솔린과 에탄올의 전기적 특성(유전률)이 다른 점에 기반하여 센서를 통과하는 연료 내 에탄올 함량을 실시간으로 파악한다. 이는 에탄올 센서값을 기반으로 분사 보정치를 계산하여 예측 제어에 즉각적으로 사용 가능하므로, 산소 센서의 검출 값으로 에탄올의 함량을 학습하는 이전의 기술에 비해 정확하고 빠른 제어가 가능한 장점이 있다. The technology that uses an ethanol sensor identifies the ethanol content in the fuel passing through the sensor in real time based on the difference in the electrical properties (dielectric constant) of gasoline and ethanol. This is because the injection correction value can be calculated based on the ethanol sensor value and can be immediately used for the predictive control, so that it is possible to perform accurate and quick control compared to the prior art that learns the ethanol content as the detection value of the oxygen sensor.
에탄올 센서를 사용하는 기술에서 상기 에탄올 센서는 일반적으로 연료레일 중간에 장착된다(도 1 참조). 때문에 에탄올 센서의 장착위치에 따라 센서로부터 에탄올 함량 값을 검출하는 시점과 검출된 이 함량값이 실제 분사에 반영되는 시점이 다를 수 밖에 없다. 이러한 시점의 차이로 인하여 예측 제어 시 의도치 않은 오차가 유발되고 연소 안정성이 떨어지는 문제가 있다.In a technique using an ethanol sensor, the ethanol sensor is generally mounted in the middle of the fuel rail (see FIG. 1). Therefore, depending on the mounting position of the ethanol sensor, the time point of detecting the ethanol content value from the sensor and the time point at which the detected content value is reflected in the actual injection are different. This difference in timing causes unintentional errors in predictive control and low combustion stability.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 에탄올의 함량 변화가 검출된 시점부터 실제 분사로 반영되는 시점 사이의 에탄올 함량 변화 구간을 고려한 예측 제어(Feed forward)를 통해, 연료량 제어값의 오차 발생을 최소화하고 연소 안정성을 극대화시킬 수 있는 혼합 연료 차량(FFV, Flex Fuel Vehicle)의 연료 분사 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to minimize the occurrence of errors in the fuel amount control value through feed forward control considering a change period of ethanol content between a point in time when a change in ethanol content is detected, And a fuel injection control system and a fuel injection control method of a flexible fuel vehicle (FFV) capable of maximizing combustion stability.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,According to an aspect of the present invention,
산소 센서와 혼합 연료의 에탄올 함량을 측정하는 에탄올 센서가 구비된 혼합 연료 차량(FFV, Flex Fuel Vehicle)에서 에탄올 함량 변화에 맞춰 연료 분사를 제어하는 시스템으로서,A system for controlling fuel injection in accordance with a change in ethanol content in an FFV (Flex Fuel Vehicle) equipped with an oxygen sensor and an ethanol sensor for measuring the ethanol content of a mixed fuel,
에탄올 센서의 측정값의 변화로부터 혼합 연료 내 에탄올의 함량 변화를 검출하는 에탄올 함량 변화 검출부;An ethanol content change detector for detecting a change in the content of ethanol in the mixed fuel from a change in the measured value of the ethanol sensor;
에탄올 함량 변화 검출부에 의하여 혼합 연료 내 에탄올 함량 변화가 검출된 경우, 실린더 내에 분사되는 혼합 연료의 체적 유량을 계산하고 계산된 값을 적산하는 유량 산출부;A flow rate calculation unit for calculating a volume flow rate of the mixed fuel injected into the cylinder and accumulating the calculated value when a change in the ethanol content in the mixed fuel is detected by the ethanol content change detection unit;
에탄올 함량 변화 검출부에 의해 검출된 에탄올의 함량 변화 정도가 연료 분사 보정값 적용을 위한 조건을 충족하는지 판단하는 조건 판단부;A condition judging unit for judging whether the degree of ethanol content change detected by the ethanol content change detecting unit meets a condition for applying the fuel injection correction value;
보정값 적용을 위한 조건이 충족된 경우, 상기 유량 산출부에 의한 체적 유량 적산값을 미리 설정된 제2 기준값과 비교하여 연료 분사 보정값의 적용 여부를 결정하는 제어 실행 판단부; 및A control execution determiner for determining whether the fuel injection correction value is applied by comparing the volume flow rate integrated value by the flow rate calculator with a preset second reference value when the condition for applying the correction value is satisfied; And
에탄올 함량 변화에 상응하는 연료 분사 보정값을 결정하고, 결정된 연료 분사 보정값을 반영하여 연료 분사량을 조절하는 제어부;를 포함하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 시스템을 제공한다.And a control unit for determining a fuel injection correction value corresponding to the ethanol content change and adjusting the fuel injection amount by reflecting the determined fuel injection correction value.
여기서 상기 조건 판단부는, 에탄올 함량 변화가 메모리에 저장된 제1 기준값을 초과하는 경우 조건을 충족하는 것으로 판단할 수 있다.Here, the condition determiner may determine that the condition is satisfied when the ethanol content change exceeds the first reference value stored in the memory.
그리고 상기 유량 산출부는, 차량 각부에 설치된 센서가 제공하는 혼합 연료의 체적 유량을 계산하는데 필요한 정보로부터 실린더 내에 분사되는 상기 체적 유량을 계산하고 계산된 값을 적산하는 프로세스를 포함할 수 있다.And the flow rate calculation section may include a process of calculating the volume flow rate injected into the cylinder from the information required to calculate the volume flow rate of the mixed fuel provided by the sensors provided at the corner of the vehicle and accumulating the calculated value.
이때, 상기 혼합 연료의 체적 유량을 계산하는데 필요한 정보는, 분사 온도, 분사 압력, 실린더와 연료 라인의 압력차, 인젝터의 개방시간 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.At this time, the information necessary for calculating the volume flow rate of the mixed fuel may include some or all of the injection temperature, the injection pressure, the pressure difference between the cylinder and the fuel line, and the open time of the injector.
그리고 상기 제어 실행 판단부는, 상기 체적 유량 적산값이 메모리에 기록된 제2 기준값 이하이면, 변화된 에탄올 함량의 연료가 아직 실제 연료 분사에 반영되지 않은 것으로 판단하여 계산된 체적 유량 값을 이전의 값에 적산하는 과정을 반복하며, 상기 체적 유량 적산값이 상기 제2 기준값을 초과하는 경우, 변화된 에탄올 함량의 연료가 실제 연료 분사에 반영된 것으로 판단하여 연료 분사 보정값 적용을 위한 제어 실행 신호를 출력할 수 있다.If the volume flow rate integrated value is less than or equal to the second reference value recorded in the memory, the control execution determining unit determines that the fuel having the changed ethanol content is not yet reflected in the actual fuel injection and stores the calculated volume flow value in the previous value And when the volume flow rate integrated value exceeds the second reference value, it is determined that the fuel having the changed ethanol content is reflected in the actual fuel injection, and the control execution signal for applying the fuel injection correction value may be output have.
여기서, 상기 제2 기준값은 에탄올 센서가 설치된 지점에서 혼합 연료가 분사되는 지점까지의 구간으로 정의되는 함량 변화 모델링 구간의 연료라인 체적, 라인 압력, 그리고 온도를 변수로 하여 계산을 통해 도출되거나, 모사 실험 또는 사전 시뮬레이션을 통해 도출된 결과물일 수 있다.Here, the second reference value may be derived or calculated by using the fuel line volume, the line pressure, and the temperature of the fuel change amount modeling section, which is defined as a section from the point where the ethanol sensor is installed to the point where the mixed fuel is injected, Or may be an output derived from an experiment or a pre-simulation.
또한, 상기 연료 분사 보정값은 에탄올 함량 및 냉각수온 변화에 따른 변화 구간별 연료 분사 데이터를 저장한 연료 분사 맵을 통해 도출될 수 있다.In addition, the fuel injection correction value may be derived through a fuel injection map storing fuel injection data for each change interval according to changes in ethanol content and cooling water temperature.
과제의 해결 수단으로 본 발명의 다른 측면에 따르면, According to another aspect of the present invention as a solution to the problem,
산소 센서와 혼합 연료의 에탄올 함량을 측정하는 에탄올 센서가 구비된 혼합 연료 차량(FFV, Flex Fuel Vehicle)에서 에탄올 함량 변화에 맞춰 연료 분사를 제어하는 방법으로서,A method for controlling fuel injection according to changes in ethanol content in an FFV (Flex Fuel Vehicle) equipped with an oxygen sensor and an ethanol sensor for measuring an ethanol content of a mixed fuel,
에탄올 센서의 측정값의 변화로부터 혼합 연료 내 에탄올의 함량 변화를 검출하는 제1 단계;A first step of detecting a change in the content of ethanol in the mixed fuel from a change in the measured value of the ethanol sensor;
제1 단계에서 에탄올의 함량 변화가 검출된 경우, 실린더 내에 분사되는 혼합 연료의 체적 유량을 계산하고 계산된 값을 적산하는 제2 단계;A second step of calculating a volumetric flow rate of the mixed fuel injected into the cylinder and accumulating the calculated value when a change in the content of ethanol is detected in the first step;
제1 단계를 통해 검출된 에탄올 함량 변화 정도가 연료 분사 보정값 적용 조건을 충족하는지 판단하는 제3 단계;A third step of determining whether the degree of change in ethanol content detected through the first step satisfies the fuel injection correction value application condition;
상기 제3 단계에서 조건이 충족되면, 제2 단계를 통한 체적 유량 적산값을 미리 설정된 제2 기준값과 비교하여 연료 분사 보정값의 적용 여부를 결정하는 제4 단계; 및A fourth step of determining whether the fuel injection correction value is applied by comparing the volume flow rate integrated value through the second step with a preset second reference value if the condition is satisfied in the third step; And
상기 제4 단계에서 연료 분사 보정값을 적용할 필요가 있는 것으로 판단한 경우, 연료 분사 에탄올 함량 변화에 상응하는 연료 분사 보정값을 결정하고, 결정된 연료 분사 보정값을 반영하여 연료 분사량을 조절하는 제5 단계;를 포함하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 방법을 제공한다.The fuel injection correction value corresponding to the fuel injection ethanol content change is determined and the fifth fuel injection correction value is adjusted to reflect the determined fuel injection correction value when it is determined that the fuel injection correction value needs to be applied in the fourth step Fuel ratio of the mixed-fuel vehicle.
여기서 상기 제2 단계에서는, 차량 각부에 설치된 센서가 제공하는 혼합 연료의 체적 유량을 계산하는데 필요한 정보로부터 실린더 내에 분사되는 상기 체적 유량을 계산하고 계산된 값을 적산하는 프로세스를 포함할 수 있다.The second step may include a process of calculating the volumetric flow rate injected into the cylinder from the information required to calculate the volumetric flow rate of the blended fuel provided by the sensors installed at each corner of the vehicle and accumulating the calculated value.
이때, 상기 혼합 연료의 체적 유량을 계산하는데 필요한 정보는, 분사 온도, 분사 압력, 실린더와 연료 라인의 압력차, 인젝터의 개방시간 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.At this time, the information necessary for calculating the volume flow rate of the mixed fuel may include some or all of the injection temperature, the injection pressure, the pressure difference between the cylinder and the fuel line, and the open time of the injector.
또한 상기 제3 단계에서는, 에탄올 함량 변화가 메모리에 저장된 제1 기준값을 초과하는 경우 조건을 충족하는 것으로 판단할 수 있다.In the third step, it can be determined that the condition is satisfied when the change in the ethanol content exceeds the first reference value stored in the memory.
또한 상기 제4 단계에서는, 상기 체적 유량 적산값이 메모리에 기록된 제2 기준값 이하이면, 변화된 에탄올 함량의 연료가 아직 실제 연료 분사에 반영되지 않은 것으로 판단하여 계산된 체적 유량 값을 이전의 값에 적산하는 과정을 반복하며, 상기 체적 유량 적산값이 상기 제2 기준값을 초과하는 경우, 변화된 에탄올 함량의 연료가 실제 연료 분사에 반영된 것으로 판단하여 연료 분사 보정값 적용을 위한 제어 실행 신호를 출력할 수 있다.In the fourth step, if the volume flow rate integrated value is less than the second reference value recorded in the memory, it is determined that the fuel having the changed ethanol content is not yet reflected in actual fuel injection, and the calculated volume flow value is set to the previous value And when the volume flow rate integrated value exceeds the second reference value, it is determined that the fuel having the changed ethanol content is reflected in the actual fuel injection, and the control execution signal for applying the fuel injection correction value may be output have.
이때, 상기 제2 기준값은 에탄올 센서가 설치된 지점에서 혼합 연료가 분사되는 지점까지의 구간으로 정의되는 함량 변화 모델링 구간의 연료라인 체적, 라인 압력, 그리고 온도를 변수로 하여 계산을 통해 도출되거나, 모사 실험 또는 사전 시뮬레이션을 통해 도출된 결과물일 수 있다.In this case, the second reference value may be derived by calculation using the fuel line volume, the line pressure, and the temperature of the fuel change amount modeling interval defined as the interval from the point where the ethanol sensor is installed to the point where the mixed fuel is injected, Or may be an output derived from an experiment or a pre-simulation.
또한, 상기 연료 분사 보정값은 에탄올 함량 및 냉각수온 변화에 따른 변화 구간별 연료 분사 데이터를 저장한 연료 분사 맵을 통해 도출된 것일 수 있다. 이 분사 보정값의 적용은 실험적으로 도출된 과도구간에 대한 연속적인 모델이 적용될 수 있다.In addition, the fuel injection correction value may be derived from a fuel injection map storing fuel injection data for each change interval according to the ethanol content and the cooling water temperature change. The application of this injection correction value can be applied to a continuous model for an experimentally derived transient period.
본 발명에 따른 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 시스템 및 장치에 의하면, 에탄올의 함량 변화가 검출된 시점부터 실제 분사로 반영되는 시점 사이의 에탄올 함량 변화 구간(과도구간)을 고려한 예측 제어(Feed forward)를 통해, 에탄올의 함량이 변화된 연료가 실린더에 실제 분사되는 시점에 에탄올 함량 변화에 상응하는 보정값을 분사 제어값에 반영하여 연료 분사를 제어한다.According to the fuel injection control system and apparatus of the mixed fuel vehicle of the present invention, the feed forward control is performed in consideration of the ethanol content change period (transient period) between the point in time when the change in ethanol content is detected and the point in time when the actual injection is reflected, The fuel injection is controlled by reflecting the correction value corresponding to the change in the ethanol content at the point of time when the fuel having the changed ethanol content is actually injected into the cylinder, through the injection control value.
이에 따라, 새로운 연료의 급유로 인하여 에탄올 함량에 변화가 생기더라도 그 함량 변화에 맞춰 최적의 시점에 최적의 분사량으로 연료 분사가 이루어질 수 있다. 즉 에탄올 함량 변화에 대한 연료 분사 제어 값의 오차 발생을 최소화할 수 있어 연소 안정성을 극대화시킬 수 있으며, 에탄올 센서의 검출 값에 기초하므로 제어의 정확성과 신속성을 증대시킬 수 있다.Accordingly, even if the ethanol content changes due to the lubrication of the new fuel, the fuel injection can be performed with the optimum injection amount at the optimum timing in accordance with the change in the content. That is, it is possible to minimize the occurrence of errors in the fuel injection control value with respect to the ethanol content change, thereby maximizing the combustion stability and increasing the accuracy and speed of the control based on the detection value of the ethanol sensor.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 혼합 연료 차량(FFV)의 연료 분사 시스템의 시스템 구성도.
도 2는 에탄올 함량의 변화에 따른 연료 분사 보정값의 변화를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 연료 분사 제어 시스템에서 연료 분사량을 도출하는 과정을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 시스템의 시스템의 개략 구성도.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어를 위한 개략적인 제어 순서도.
도 6은 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어를 위한 구체적인 제어 알고리즘을 포함하는 흐름도.1 is a system configuration diagram of a fuel injection system of a mixed fuel vehicle (FFV) according to an aspect of the present invention;
2 is a graph showing changes in fuel injection correction values according to changes in ethanol content.
3 is a view showing a process of deriving the fuel injection amount in the fuel injection control system according to the present invention.
4 is a schematic structural view of a system of a fuel injection control system for a mixed fuel vehicle according to an aspect of the present invention;
5 is a schematic control flow chart for fuel injection control of a mixed fuel vehicle according to another aspect of the present invention.
6 is a flow chart including a specific control algorithm for fuel injection control of a blended fuel vehicle.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. In describing the present invention, the terminology used in the following description is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the present invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
또한, 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "in this specification are intended to specify the presence of stated features, integers, But do not preclude the presence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Also, the terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, the terms " part, "" unit," " module, "and the like, which are described in the specification, refer to a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software .
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals will be given to the same constituent elements, and redundant description of the same constituent elements will be omitted. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 혼합 연료 차량(FFV)의 연료 분사 시스템의 시스템 구성도이며, 도 2는 에탄올 함량의 변화에 따른 연료 분사 보정값의 변화를 도시한 그래프이다. 그리고 도 3은 본 발명에 따른 연료 분사 제어 시스템에서 연료 분사량을 도출하는 과정을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a system configuration diagram of a fuel injection system of a mixed fuel vehicle (FFV) according to an aspect of the present invention, and FIG. 2 is a graph showing a change in a fuel injection correction value according to a change in ethanol content. And FIG. 3 is a diagram illustrating a process of deriving the fuel injection amount in the fuel injection control system according to the present invention.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 혼합 연료 차량(Flex Fuel Vehicle, 이하, 'FFV'라 한다)은 가솔린에 소정량의 에탄올을 혼합시킨 혼합 연료를 연료로 사용한다. FFV는 도 2와 같이 에탄올 함량이 증가할수록 가솔린만을 연료로 사용하는 경우 대비 더 많은 연료를 분사해야 이론 공연비에 해당하는 연소를 통해 유해가스 배출량을 최소화 할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 3, a mixed fuel vehicle (hereinafter referred to as 'FFV') uses mixed fuel obtained by mixing a predetermined amount of ethanol with gasoline as fuel. As shown in FIG. 2, as the ethanol content increases, more fuel is injected into the FFV compared to the case where only gasoline is used as the fuel, so that the amount of the harmful gas can be minimized through combustion corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio.
FFV에서의 연료 분사량은 도 3의 예시와 같이, 기존의 연료 분사량 산출식(엔진 공기량에 공연비 학습값을 더한 값을 목표 공연비로 나누고, 다시 공연비 제어기 출력값과 공연비 학습값을 곱해서 산출하는 방식)에 의해 도출된 연료 분사량에 에탄올 함량에 따른 보정값을 곱하고, 여기에 에탄올 증발량을 차감하는 방식으로 산출될 수 있다.The fuel injection amount in the FFV is calculated by multiplying the existing fuel injection amount calculating equation (a method in which the value obtained by adding the air-fuel ratio learning value to the engine air amount by the target air-fuel ratio and then multiplying the output value of the air- The fuel injection amount derived by the fuel injection amount is multiplied by the correction value according to the ethanol content, and the evaporation amount of ethanol is subtracted therefrom.
혼합 연료 차량은 앞서 언급 했듯이 동일 엔진에서 가솔린/에탄올 혼합 연료의 연소가 가능하다. 다만, 가솔린의 공연비는 14.7인 반면 에탄올의 공연비는 9이고, 가솔린의 옥탄가는 92인 반면 에탄올의 옥탄가는 111인 등 가솔린과 에탄올은 주요 특성의 차이가 있기 때문에 혼합 연료 내 에탄올의 정확한 함량을 파악하는 것이 매우 중요하다.Mixed fuel vehicles can burn gasoline / ethanol blended fuel in the same engine as mentioned above. However, since the air-fuel ratio of gasoline is 14.7, the air-fuel ratio of ethanol is 9, the octane number of gasoline is 92, and the octane number of ethanol is 111. Thus, since the gasoline and ethanol have different characteristics, Is very important.
혼합 연료의 에탄올 함량을 실제보다 낮게 파악할 경우 에탄올에서 가능한 점화 진각(Spark advance)을 충분히 이용하지 못해 비효율적이고, 혼합 연료의 에탄올 함량을 실제보다 높게 파악할 경우 과다한 점화 진각으로 인해 노킹(Knocking) 및 조기 점화(preignition) 등이 발생하여 엔진 손상을 초래할 수 있기 때문이다.If the ethanol content of the blended fuel is lower than the actual value, it is inefficient because it can not fully utilize the possible spark advance in the ethanol. If the ethanol content of the blended fuel is higher than the actual value, excessive ignition advance leads to knocking and early This is because preignition or the like may occur and cause engine damage.
이에 따라 연료 내 에탄올 함량을 직접 측정할 수 있는 에탄올 센서를 사용하는 기술이 제안되었으며, 본 발명의 일 측면에 따른 FFV의 연료 분사 제어 시스템 역시 연료 내 에탄올 함량을 직접 측정할 수 있도록 인젝터(50)와 연료펌프(30)를 연결하는 연료라인, 즉 연료레일 중간에 에탄올 센서(20)를 마련한 구성을 기반으로 한다.The fuel injection control system of the FFV according to an aspect of the present invention also includes an
에탄올 센서(10)는 가솔린과 에탄올의 전기적 특성(유전률)이 다른 점에 기반하여 센서를 통과하는 연료 내 에탄올 함량을 실시간으로 파악한다. 이는 에탄올 센서값을 기반으로 분사 보정치를 계산하여 예측 제어에 즉각적으로 사용 가능하므로, 산소 센서(10)의 검출 값으로 에탄올의 함량을 학습하는 이전의 기술에 비해 정확하고 빠른 제어가 가능하다. The
다만, 에탄올 센서(20)는 일반적으로 도 1의 예시와 같이 연료레일 중간에 장착되기 때문에, 에탄올 센서(20)의 장착위치에 따라 센서로부터 에탄올 함량 값을 검출하는 시점과 검출된 이 함량값이 실제 분사에 반영되는 시점이 다를 수 밖에 없으며, 이러한 시점의 차이로 인하여 예측 제어 시 의도치 않은 오차가 유발되고 연소 안정성이 떨어질 수 있다.However, since the
이에 본 발명은 에탄올의 함량 변화가 검출된 시점부터 실제 분사로 반영되는 시점 사이의 에탄올 함량 변화 구간을 고려한 예측 제어(Feed forward)를 통해, 새로운 급유 등에 의하여 함량 변화된 에탄올을 포함하는 연료가 실린더에 실제 분사되는 시점에 에탄올 함량 변화에 상응하는 보정값을 분사 제어값에 반영함으로써 연료 분사 제어의 정확성과 신속성을 도모하고자 한 것이다.The present invention is based on the finding that fuel containing ethanol, which is changed in content by new lubrication or the like, is fed to a cylinder through a feed forward in consideration of a change in ethanol content between a point in time when the change in ethanol content is detected and a point in time when the change in ethanol content is reflected The correction value corresponding to the change in the ethanol content at the actual injection timing is reflected in the injection control value to improve the accuracy and speed of the fuel injection control.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 시스템의 시스템의 개략 구성도이다.4 is a schematic configuration diagram of a system of a fuel injection control system for a mixed fuel vehicle according to an aspect of the present invention.
도 4와 앞서 첨부된 도 1을 함께 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 연료 분사 제어 시스템은, 배기라인의 촉매부(60)에 배기가스 유동방향을 기준으로 상류 측과 하류 측에 하나씩 장착되는 산소 센서(10)와, 인젝터(50)와 연료펌프(30)를 연결하는 연료라인, 즉 연료레일 중간에 설치되어 혼합 연료의 에탄올 함량을 측정하는 에탄올 센서(20)를 포함한다.Referring to FIG. 4 and FIG. 1 attached hereto, the fuel injection control system according to one aspect of the present invention is mounted on the upstream side and the downstream side of the
산소 센서(10)는 배기가스 중의 산소분압을 전기저항방식으로 측정하고, 측정값을 제어부(150)에 전달한다. 제어부(150)는 산소 센서(10)를 통해 측정된 산소분압이 기준치보다 높으면 연료 과다로 판단하며, 측정값이 기준치보다 낮으면 연료 부족으로 판단한다. 이처럼 산소 센서(10)가 제공하는 배기가스 중의 산소분압 정보는 연료 분사 제어에 있어 중요한 정보로 활용된다.The
에탄올 센서(20)는 에탄올과 가솔린의 전기적 특성, 예컨대 유전률이 다른 점을 이용하여 혼합 연료 내의 에탄올 함량을 실시간으로 파악하고, 연료 분사량을 조절함에 있어 중요한 정보를 제공한다. 바람직하게는, 혼합 연료 내의 에탄올 함량을 실시간으로 검출하고, 검출된 에탄올 함량 정보를 에탄올 함량 변화 검출부(110)에 제공한다.The
에탄올 함량 변화 검출부(110)는 혼합 연료 내 에탄올의 함량 변화를 검출한다. 구체적으로는, 상기 에탄올 센서(20)가 제공하는 에탄올 함량에 관한 정보를 실시간으로 모니터링 하여 측정값, 에탄올 함량 검출값으로부터 혼합 연료 내 에탄올의 함량에 변화가 있는지를 검출한다. 예를 들어, 새로운 급유 시 에탄올 센서(20)의 측정값의 변화로부터 에탄올의 함량 변화를 검출한다.The ethanol content change detection unit 110 detects a change in the content of ethanol in the mixed fuel. Specifically, information on the ethanol content provided by the
에탄올 함량 변화 검출부(110)를 통해 혼합 연료 내 에탄올의 함량 변화가 검출되면, 유량 산출부(120)에 의하여 실린더 내에 분사되는 혼합 연료의 체적 유량을 계산하고 계산된 값을 적산하는 과정이 행해지고, 에탄올 함량 변화가 감지된 시점부터 함량 변화 에탄올이 실제 실린더 분사에 언제쯤 반영될지를 파악하는 데에 필요한 사전 작업이 진행된다.The volume flow rate of the mixed fuel injected into the cylinder by the flow
유량 산출부(120)는 바람직하게, 차량 각부에 설치된 센서가 제공하는 혼합 연료의 체적 유량을 계산하는데 필요한 정보로부터 상기 체적 유량을 계산하고 계산된 값을 적산하는 프로세스를 포함할 수 있다. 이때 혼합 연료의 체적 유량을 계산하는데 필요한 정보는, 분사 온도, 분사 압력, 실린더와 연료 라인의 압력차, 인젝터의 개방시간 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.The flow
또한, 에탄올 함량 변화 검출부(110)를 통해 혼합 연료 내 에탄올의 함량 변화가 검출되면, 조건 판단부(130)에서 에탄올 함량 변화 검출부(110)에 의해 검출된 에탄올의 함량 변화 정도가 연료 분사 보정값 적용을 위한 조건을 충족하는지를 판단한다. 그리고 조건 충족 시 유량 산출부(120)에 의한 체적 유량 적산값을 가지고 제어 실행 판단부(140)가 연료 분사 보정값 적용 여부를 결정한다. When the change in the content of ethanol in the mixed fuel is detected through the ethanol content change detection unit 110, the change in the content of ethanol detected by the ethanol content change detection unit 110 in the
조건 판단부(130)에서의 조건은 새로운 연료의 급유가 감지되어 에탄올 함량의 변화가 예상되는 상황일 수 있다. 바람직하게는, 에탄올 함량 변화 검출부(110)를 통한 에탄올 함량 변화를 모니터링 한 결과, 일시적, 국지적 유전율 변화로 인한 에탄올 함량변화가 아니며, 에탄올 함량 변화가 기록장치, 예컨대 메모리에 저장된 제1 기준값을 초과하는 경우 조건을 충족하는 것으로 판단할 수 있다.The condition in the
제1 기준값은 시뮬레이션이나 반복 실험을 통해 도출된 값으로서, 에탄올의 함량 변화가 출력 변화나 배기 가스에 영향을 미치기 시작하는 시점의 함량 변화량을 기준값으로 삼을 수 있다. 따라서 에탄올의 함량 변화가 제1 기준값을 초과하면, 함량 변화가 출력이나 배기 가스에 영향을 미치는 것으로 판단하고 후속 프로세스를 가동하여 함량 변화가 연료 분사 제어에 반영되도록 한다.The first reference value is a value obtained through simulation or repeated experiment, and the amount of change in the content at the time when the change in the ethanol content starts to affect the output change or the exhaust gas may be used as the reference value. Therefore, if the change in the ethanol content exceeds the first reference value, it is determined that the content change affects the output or the exhaust gas, and the subsequent process is operated so that the content change is reflected in the fuel injection control.
조건 판단부(130)에 의한 판단 결과가 만약 연료 분사 보정값 적용을 위한 조건을 충족하지 않으면, 즉 메모리에 저장된 제1 기준값을 초과하지 않는 경우라면, 에탄올의 함량 변화 정도가 출력이나 배기 가스에 크게 영향을 미치지 않을 정도로 미미한 것으로 판단하고, 유량 산출부(120)에 의하여 에탄올 함량 변화가 감지된 시점부터 계산된 적산값을 초기화한다.If the result of the determination by the
제어 실행 판단부(140)는 연료 분사 보정값 적용을 위한 조건이 성립된 경우, 상기 유량 산출부(120)에 의한 체적 유량 적산값을 미리 설정된 기준값(제2 기준값)과 비교하여 연료 분사 보정값의 적용 여부를 결정한다. 이때 제2 기준값은 에탄올 센서(20)가 설치된 지점에서 혼합 연료가 분사되는 지점, 바람직하게는 인젝터 사이 구간의 연료 라인 체적 유량일 수 있다.When the condition for applying the fuel injection correction value is established, the control
즉 제2 기준값은 에탄올 센서(20)가 설치된 지점에서 혼합 연료가 분사되는 지점까지로 정의될 수 있는 함량 변화 모델링 구간(S)의 연료 체적 유량으로서, 해당 구간(에탄올 센서(20)에서 인젝터(50) 사이)의 연료라인 체적, 라인 압력, 그리고 온도를 변수로 하여 계산을 통해 도출되거나, 모사 실험 또는 사전 시뮬레이션을 통해 도출된 결과물일 수 있다.That is, the second reference value is a fuel volume flow rate of the content change modeling section S that can be defined from the point where the
때문에 상기 제2 기준값에 대하여 체적 유량 적산값을 비교한 결과, 체적 유량 적산값이 제2 기준값 이하이면, 에탄올 함량이 변화된 연료가 상기 함량 변화 모델링 구간을 이동하고 있어 아직 실제 연료 분사에 반영되지 않은 것으로 볼 수 있으며, 제2 기준값을 초과하면 그 시점부터 에탄올의 함량이 변화된 연료가 실제 연료 분사에 반영되기 시작한 것으로 볼 수 있다.Therefore, if the volumetric flow rate integrated value is equal to or less than the second reference value as a result of comparing the volume flow rate integrated value with the second reference value, the fuel whose ethanol content has changed is moving in the content change modeling section, If the second reference value is exceeded, it can be seen that the fuel whose content of ethanol has changed from that point has started to be reflected in actual fuel injection.
따라서 제어 실행 판단부(140)는, 상기 적산값이 메모리에 기록된 제2 기준값 이하이면, 에탄올 함량이 변화된 연료가 아직 실제 연료 분사에 반영되지 않은 것으로 판단하여 계산된 체적 유량 값을 이전의 값에 적산하는 과정을 반복하고, 적산값이 상기 제2 기준값을 초과하는 순간부터 실제 연료 분사에 반영된 것으로 판단하여 연료 분사 보정값 적용을 위한 제어 실행 신호를 출력한다.Therefore, when the integrated value is equal to or less than the second reference value recorded in the memory, the control
본 발명의 일 측면에 따른 연료 분사 제어 시스템은, 연료 분사 보정값 적용을 위한 제어를 실행하는 제어부(150)를 포함한다. 제어부(150)는 상기 제어 실행 판단부(140)로부터의 제어 실행 신호를 전달받아 연료 분사량 조절을 위한 소정의 제어를 수행한다. 바람직하게는, 에탄올 함량 변화에 상응하는 연료 분사 보정값을 결정하고, 결정된 보정값을 반영하여 연료 분사량을 조절한다. The fuel injection control system according to one aspect of the present invention includes a
연료 분사 보정값은 에탄올 함량 및 냉각수온 변화에 따른 변화 구간별 연료 분사 데이터를 저장한 연료 분사 맵을 활용하는 방안 등에 의해 결정되거나, 일정의 과도구간 모델을 통해 연속적으로 적용될 수 있다. 이는 실험적으로 모델링될 수 있으며, 가능한 예로는 센서로부터 감지된 에탄올 함량의 변동시간에 종속한 시상수를 가지는 1차 필터를 통해 모델링될 수 있다.The fuel injection correction value may be determined by a method of utilizing a fuel injection map storing fuel injection data for each change interval according to changes in ethanol content and cooling water temperature, or may be continuously applied through a constant transient model. This can be experimentally modeled and, as a possible example, can be modeled through a first order filter having a time constant dependent on the time of variation of the ethanol content detected from the sensor.
물론 그 외에도 반복 실험이나 시뮬레이션을 통해 에탄올 함량 및 냉각수온 변화와 연료 분사량 사이의 소정의 관계식을 도출하고, 그 도출된 관계식을 포함하는 알고리즘을 적용하여, 에탄올 함량과 냉각수온이 입력되면 자동으로 최적의 보정값을 연산 출력하는 것을 비롯하여 실용적으로 도출 가능한 모든 방법이 고려될 수 있다.It is also possible to derive a predetermined relationship between the ethanol content and the cooling water temperature change and the fuel injection amount through repeated experiments or simulations and apply the algorithm including the derived relational expression so that the ethanol content and the cooling water temperature are automatically optimized All of the methods that can be practically derived, including calculating and outputting the correction value of the correction value, can be considered.
이하에서는 전술한 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 시스템에 의해 수행되는 연료 분사 제어 과정에 대해 살펴보기로 한다.Hereinafter, the fuel injection control process performed by the fuel injection control system of the above-mentioned mixed fuel vehicle will be described.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어를 위한 개략적인 제어 순서도이며, 도 6은 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어를 위한 구체적인 제어 알고리즘을 포함하는 흐름도이다.FIG. 5 is a schematic control flowchart for fuel injection control of a mixed fuel vehicle according to another aspect of the present invention, and FIG. 6 is a flowchart including a specific control algorithm for fuel injection control of a mixed fuel vehicle.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제어 방법은, 에탄올의 함량 변화를 검출하는 제1 단계(S100), 혼합 연료의 체적 유량을 계산하고 계산된 값을 적산하는 제2 단계(S200), 제1 단계에서의 에탄올의 함량 변화 검출 결과를 가지고 조건 충족 여부를 판단하는 제3 단계(S300), 연료 분사 보정값 적용 여부를 결정하고 그 결과에 따라 보정값을 적용하여 연료 분사량을 산출하는 제4 단계(S400) 및 제5 단계(S500)를 포함한다.5 and 6, the control method of the present invention includes a first step (S100) of detecting a change in the content of ethanol, a second step (S200) of calculating a volume flow rate of the mixed fuel and accumulating the calculated value, , A third step (S300) of determining whether the condition is satisfied with the detection result of the change in the content of ethanol in the first step (S300), determining whether or not the fuel injection correction value is applied, and calculating the fuel injection amount by applying the correction value according to the result A fourth step S400 and a fifth step S500.
제1 단계(S100)에서는 전술한 에탄올 센서의 측정값의 변화로부터 혼합 연료 내 에탄올의 함량 변화를 검출한다. 구체적으로는, 상기 에탄올 센서가 제공하는 에탄올 함량에 관한 정보를 실시간으로 모니터링하고 이전 측정값과의 비교를 통해 혼합 연료 내 에탄올의 함량에 변화가 있는지를 검출한다In the first step S100, the change in the content of ethanol in the mixed fuel is detected from the change in the measured value of the ethanol sensor. Specifically, the information on the ethanol content provided by the ethanol sensor is monitored in real time, and it is detected whether there is a change in the ethanol content in the mixed fuel by comparing with the previous measured value
제2 단계(S200)에서는 제1 단계(S100)에서 에탄올의 함량 변화가 검출된 경우, 실린더 내에 분사되는 혼합 연료의 체적 유량을 계산하고 계산된 값을 적산한다. 바람직하게는, 차량 각부에 설치된 센서가 제공하는 혼합 연료의 체적 유량을 계산하는데 필요한 정보를 가지고 실린더 내에 분사되는 상기 체적 유량을 계산하고 계산된 값을 적산한다.In the second step S200, when the ethanol content change is detected in the first step S100, the volume flow rate of the mixed fuel injected into the cylinder is calculated and the calculated value is accumulated. Preferably, the volume flow rate injected into the cylinder is calculated with the information required to calculate the volume flow rate of the mixed fuel provided by the sensors installed at each corner of the vehicle, and the calculated value is accumulated.
여기서, 혼합 연료의 체적 유량을 계산하는데 필요한 정보는 앞서도 언급했듯이, 분사 온도, 분사 압력, 실린더와 연료 라인의 압력차, 인젝터의 개방시간 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.Here, the information required to calculate the volume flow rate of the mixed fuel may include some or all of the injection temperature, the injection pressure, the pressure difference between the cylinder and the fuel line, and the open time of the injector, as mentioned above.
제3 단계(S300)에서는 상기 제1 단계(S100)를 통해 검출된 에탄올 함량 변화 정도가 연료 분사 보정값 적용 조건을 충족하는지 판단한다. 제3 단계(S300)에서는 바람직하게, 에탄올 함량 변화가 기 설정된 제1 기준값을 초과하는 경우 조건을 충족하는 것으로 판단할 수 있다. 제1 기준값은 에탄올의 함량 변화가 출력이나 배기 가스에 영향을 미치는 시점의 함량 변화량일 수 있다.In the third step S300, it is determined whether the degree of change in ethanol content detected through the first step S100 satisfies the fuel injection correction value application condition. In the third step S300, it may be determined that the condition is satisfied if the change in the ethanol content exceeds the predetermined first reference value. The first reference value may be a content change amount at the time when the change in the ethanol content affects the output or the exhaust gas.
제4 단계(S400)에서는 상기 제3 단계(S300)에서의 조건이 충족되면, 상기 제2 단계(S200)에서의 체적 유량 적산값을 미리 설정된 제2 기준값과 비교하여 연료 분사 보정값의 적용 여부를 결정한다. 이때 제2 기준값은 에탄올 센서가 설치된 지점에서 혼합 연료가 실질적으로 실린더 내에 분사되는 지점, 바람직하게는 인젝터 사이까지의 과도 구간의 연료 라인 체적 유량일 수 있다.In the fourth step S400, if the condition in the third step S300 is satisfied, the volume flow rate integrated value in the second step S200 is compared with a preset second reference value to determine whether the fuel injection correction value is applied . The second reference value may be the fuel line volume flow rate at the point where the mixed fuel is substantially injected into the cylinder at the point where the ethanol sensor is installed, preferably the transient section between the injectors.
즉 제2 기준값은 에탄올 센서가 설치된 지점에서 혼합 연료가 분사되는 지점까지로 정의될 수 있는 함량 변화 모델링 구간의 연료 체적 유량으로서, 해당 구간(에탄올 센서에서 인젝터 사이)의 연료라인 체적, 라인 압력, 그리고 온도를 변수로 하여 계산을 통해 도출되거나, 모사 실험 또는 사전 시뮬레이션을 통해 도출된 결과물일 수 있다.That is, the second reference value is a fuel volume flow rate of a content change modeling section that can be defined from the point where the ethanol sensor is installed to the point where the mixed fuel is injected. The fuel volume flow rate of the fuel line volume, line pressure, And may be derived from calculations using temperature as a variable, or may be an output derived from simulation or pre-simulation.
제2 기준값에 대하여 체적 유량 적산값을 비교한 결과, 체적 유량 적산값이 제2 기준값 이하이면, 에탄올 함량이 변화된 연료가 상기 함량 변화 모델링 구간을 이동하고 있어 아직 실제 연료 분사에 반영되지 않은 것으로 볼 수 있으며, 제2 기준값을 초과하면 그 시점부터 에탄올의 함량이 변화된 연료가 실제 연료 분사에 반영되기 시작한 것으로 볼 수 있다.As a result of comparing the volume flow rate integrated value with the second reference value, if the volume flow rate integrated value is equal to or less than the second reference value, the fuel whose ethanol content has changed is moving in the above-described content change modeling period, If the second reference value is exceeded, the fuel having the ethanol content changed from that point can be regarded as being reflected in actual fuel injection.
따라서 상기 적산값이 메모리에 기록된 제2 기준값 이하이면, 에탄올 함량이 변화된 연료가 아직 실제 연료 분사에 반영되지 않은 것으로 판단하여 계산된 체적 유량 값을 이전의 값에 적산하는 과정을 반복하고, 적산값이 상기 제2 기준값을 초과하는 순간부터 실제 연료 분사에 반영된 것으로 판단하여 연료 분사 보정값 적용을 위한 다음 단계로 넘어간다.Therefore, if the integrated value is less than or equal to the second reference value recorded in the memory, it is determined that the fuel having the changed ethanol content has not yet been reflected in the actual fuel injection, and the calculated volume flow value is accumulated to the previous value. Value is reflected to the actual fuel injection from the moment the value exceeds the second reference value, and the process proceeds to the next step for applying the fuel injection correction value.
마지막으로, 제5 단계(S500)에서는 상기 제4 단계(S400)에서 연료 분사 보정값을 적용할 필요가 있는 것으로 판단한 경우, 연료 분사 에탄올 함량 변화에 상응하는 연료 분사 보정값을 결정한다. 그리고 그 결정된 연료 분사 보정값을 연료 분사 값에 반영하여 연료 분사량을 조절한다. Finally, in a fifth step S500, if it is determined in the fourth step S400 that it is necessary to apply the fuel injection correction value, the fuel injection correction value corresponding to the fuel injection ethanol content change is determined. The fuel injection amount is adjusted by reflecting the determined fuel injection correction value to the fuel injection value.
이때 연료 분사 보정값은 앞서 언급 했듯이 연료 분사 맵을 활용하는 방안 또는 센서로부터 감지된 에탄올 함량의 변동시간에 종속한 시상수를 가지는 1차 필터를 적용하는 방안이 고려될 수 있다.At this time, the fuel injection correction value may be considered as a method of utilizing the fuel injection map or applying a first-order filter having a time constant depending on the variation time of the ethanol content sensed from the sensor, as mentioned above.
물론 그 외에도 반복 실험이나 시뮬레이션을 통해 에탄올 함량 및 냉각수온 변화와 연료 분사량 사이의 소정의 관계식을 도출하고, 그 도출된 관계식을 포함하는 알고리즘을 적용하여, 에탄올 함량과 냉각수온이 입력되면 자동으로 최적의 보정값을 연산 출력하는 것을 비롯하여 실용적으로 도출 가능한 모든 방법이 고려될 수 있다.It is also possible to derive a predetermined relationship between the ethanol content and the cooling water temperature change and the fuel injection amount through repeated experiments or simulations and apply the algorithm including the derived relational expression so that the ethanol content and the cooling water temperature are automatically optimized All of the methods that can be practically derived, including calculating and outputting the correction value of the correction value, can be considered.
한편, 연료 분사 보정값이 반영되기 전까지, 즉 에탄올 함량 변화 감지 지점으로부터 인젝터에 도달하기 전까지의 함량 변화 모델링 구간(에탄올 센서가 설치된 지점에서 연료가 분사되는 지점까지의 구간)에서 발생하는 오차는 기존과 같이 산소 센서를 통한 피드백제어를 통해 보상될 수 있으며, 이 구간에 대한 피드백제어기의 대역폭은 함량변화 정도에 따라 다르게 적용될 수 있다.On the other hand, the error that occurs in the content change modeling section (the section from the point where the ethanol sensor is installed to the point where the fuel is injected) until the fuel injection correction value is reflected, that is, from the ethanol content change detection point to the injector, And the bandwidth of the feedback controller for this interval may be applied differently depending on the degree of content change.
이상의 본 발명에 따른 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 시스템 및 장치에 의하면, 에탄올의 함량 변화가 검출된 시점부터 실제 분사로 반영되는 시점 사이의 에탄올 함량 변화 구간(과도구간)을 고려한 예측 제어(Feed forward)를 통해, 에탄올의 함량이 변화된 연료가 실린더에 실제 분사되는 시점에 에탄올 함량 변화에 상응하는 보정값을 분사 제어값에 반영하여 연료 분사를 제어한다.According to the fuel injection control system and apparatus of the mixed fuel vehicle of the present invention, the feed forward control is performed in consideration of the ethanol content change period (transient period) between the point in time when the change in the ethanol content is detected and the point in time when the actual injection is reflected. ), The fuel injection is controlled by reflecting the correction value corresponding to the ethanol content change at the point of time when the fuel with the changed ethanol content is actually injected into the cylinder, into the injection control value.
이에 따라, 새로운 연료의 급유로 인하여 에탄올 함량에 변화가 생기더라도 그 함량 변화에 맞춰 최적의 시점에 최적의 분사량으로 연료 분사가 이루어질 수 있다. 즉 에탄올 함량 변화에 대한 연료 분사 제어 값의 오차 발생을 최소화할 수 있어 연소 안정성을 극대화시킬 수 있으며, 에탄올 센서의 검출 값에 기초하므로 제어의 정확성과 신속성을 증대시킬 수 있다.Accordingly, even if the ethanol content changes due to the lubrication of the new fuel, the fuel injection can be performed with the optimum injection amount at the optimum timing in accordance with the change in the content. That is, it is possible to minimize the occurrence of errors in the fuel injection control value with respect to the ethanol content change, thereby maximizing the combustion stability and increasing the accuracy and speed of the control based on the detection value of the ethanol sensor.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In the foregoing detailed description of the present invention, only specific embodiments thereof have been described. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific forms thereof, which are to be considered as being limited to the specific embodiments, but on the contrary, the intention is to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. .
10 : 산소 센서
20 : 에탄올 센서
30 : 연료 펌프
50 : 인젝터
60 : 촉매부10: Oxygen sensor
20: Ethanol sensor
30: Fuel pump
50: injector
60:
Claims (14)
에탄올 센서의 측정값의 변화로부터 혼합 연료 내 에탄올의 함량 변화를 검출하는 에탄올 함량 변화 검출부;
에탄올 함량 변화 검출부에 의하여 혼합 연료 내 에탄올 함량 변화가 검출된 경우, 실린더 내에 분사되는 혼합 연료의 체적 유량을 계산하고 계산된 값을 적산하는 유량 산출부;
에탄올 함량 변화 검출부에 의해 검출된 에탄올의 함량 변화 정도가 연료 분사 보정값 적용을 위한 조건을 충족하는지 판단하는 조건 판단부;
보정값 적용을 위한 조건이 충족된 경우, 상기 유량 산출부에 의한 체적 유량 적산값을 미리 설정된 제2 기준값과 비교하여 연료 분사 보정값의 적용 여부를 결정하는 제어 실행 판단부; 및
에탄올 함량 변화에 상응하는 연료 분사 보정값을 결정하고, 결정된 연료 분사 보정값을 반영하여 연료 분사량을 조절하는 제어부;를 포함하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 시스템.
A system for controlling fuel injection in accordance with a change in ethanol content in an FFV (Flex Fuel Vehicle) equipped with an oxygen sensor and an ethanol sensor for measuring the ethanol content of a mixed fuel,
An ethanol content change detector for detecting a change in the content of ethanol in the mixed fuel from a change in the measured value of the ethanol sensor;
A flow rate calculation unit for calculating a volume flow rate of the mixed fuel injected into the cylinder and accumulating the calculated value when a change in the ethanol content in the mixed fuel is detected by the ethanol content change detection unit;
A condition judging unit for judging whether the degree of ethanol content change detected by the ethanol content change detecting unit meets a condition for applying the fuel injection correction value;
A control execution determiner for determining whether the fuel injection correction value is applied by comparing the volume flow rate integrated value by the flow rate calculator with a preset second reference value when the condition for applying the correction value is satisfied; And
And a control unit for determining a fuel injection correction value corresponding to the ethanol content change and adjusting the fuel injection amount by reflecting the determined fuel injection correction value.
상기 조건 판단부는,
에탄올 함량 변화가 메모리에 저장된 제1 기준값을 초과하는 경우 시스템 구동 조건을 충족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 시스템.
The method according to claim 1,
The condition judging unit judges,
Wherein the controller determines that the system drive condition is satisfied when the ethanol content change exceeds a first reference value stored in the memory.
상기 유량 산출부는,
차량 각부에 설치된 센서가 제공하는 혼합 연료의 체적 유량을 계산하는데 필요한 정보로부터 실린더 내에 분사되는 상기 체적 유량을 계산하고 계산된 값을 적산하는 것을 특징으로 하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the flow rate calculator comprises:
Wherein the volume flow rate injected into the cylinder is calculated from the information required to calculate the volume flow rate of the mixed fuel provided by the sensor installed at each corner of the vehicle, and the calculated value is accumulated.
상기 혼합 연료의 체적 유량을 계산하는데 필요한 정보는, 분사 온도, 분사 압력, 실린더와 연료 라인의 압력차, 인젝터의 개방시간 중 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the information required to calculate the volume flow rate of the mixed fuel includes at least part of the injection temperature, the injection pressure, the pressure difference between the cylinder and the fuel line, and the open time of the injector. .
상기 제어 실행 판단부는,
상기 체적 유량 적산값이 메모리에 기록된 제2 기준값 이하이면, 변화된 에탄올 함량의 연료가 아직 실제 연료 분사에 반영되지 않은 것으로 판단하여 계산된 체적 유량 값을 이전의 값에 적산하는 과정을 반복하며,
상기 체적 유량 적산값이 상기 제2 기준값을 초과하는 경우, 변화된 에탄올 함량의 연료가 실제 연료 분사에 반영된 것으로 판단하여 연료 분사 보정값 적용을 위한 제어 실행 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 시스템.
The method according to claim 1,
The control execution determination unit may determine,
If the volume flow rate integrated value is less than or equal to the second reference value recorded in the memory, it is determined that the fuel having the changed ethanol content is not yet reflected in the actual fuel injection, and the calculated volume flow rate value is accumulated to the previous value.
Fuel mixture correction value, and when the volume flow rate integrated value exceeds the second reference value, it is determined that the fuel having the changed ethanol content is reflected in the actual fuel injection, and outputs a control execution signal for applying the fuel injection correction value Fuel injection control system.
상기 제2 기준값은 에탄올 센서가 설치된 지점에서 혼합 연료가 분사되는 지점까지의 구간으로 정의되는 함량 변화 모델링 구간의 연료라인 체적, 라인 압력, 그리고 온도를 변수로 하여 계산을 통해 도출되거나, 모사 실험 또는 사전 시뮬레이션을 통해 도출된 결과물인 것을 특징으로 하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 시스템.
6. The method of claim 5,
The second reference value may be derived by calculation based on the fuel line volume, line pressure, and temperature of the content change modeling interval defined as the interval from the point where the ethanol sensor is installed to the point where the mixed fuel is sprayed, Wherein the fuel injection control system is an output derived from a pre-simulation.
상기 연료 분사 보정값은 에탄올 함량 및 냉각수온 변화에 따른 변화 구간별 연료 분사 데이터를 저장한 연료 분사 맵을 통해 도출되는 것을 특징으로 하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the fuel injection correction value is derived through a fuel injection map storing fuel injection data for each change interval according to changes in ethanol content and cooling water temperature.
에탄올 센서의 측정값의 변화로부터 혼합 연료 내 에탄올의 함량 변화를 검출하는 제1 단계;
제1 단계에서 에탄올의 함량 변화가 검출된 경우, 실린더 내에 분사되는 혼합 연료의 체적 유량을 계산하고 계산된 값을 적산하는 제2 단계;
제1 단계를 통해 검출된 에탄올 함량 변화 정도가 연료 분사 보정값 적용 조건을 충족하는지 판단하는 제3 단계;
상기 제3 단계에서 조건이 충족되면, 제2 단계를 통한 체적 유량 적산값을 미리 설정된 제2 기준값과 비교하여 연료 분사 보정값의 적용 여부를 결정하는 제4 단계; 및
상기 제4 단계에서 연료 분사 보정값을 적용할 필요가 있는 것으로 판단한 경우, 연료 분사 에탄올 함량 변화에 상응하는 연료 분사 보정값을 결정하고, 결정된 연료 분사 보정값을 반영하여 연료 분사량을 조절하는 제5 단계;를 포함하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 방법.
A method for controlling fuel injection according to changes in ethanol content in an FFV (Flex Fuel Vehicle) equipped with an oxygen sensor and an ethanol sensor for measuring an ethanol content of a mixed fuel,
A first step of detecting a change in the content of ethanol in the mixed fuel from a change in the measured value of the ethanol sensor;
A second step of calculating a volumetric flow rate of the mixed fuel injected into the cylinder and accumulating the calculated value when a change in the content of ethanol is detected in the first step;
A third step of determining whether the degree of change in ethanol content detected through the first step satisfies the fuel injection correction value application condition;
A fourth step of determining whether the fuel injection correction value is applied by comparing the volume flow rate integrated value through the second step with a preset second reference value if the condition is satisfied in the third step; And
The fuel injection correction value corresponding to the fuel injection ethanol content change is determined and the fifth fuel injection correction value is adjusted to reflect the determined fuel injection correction value when it is determined that the fuel injection correction value needs to be applied in the fourth step Fuel ratio of the mixed fuel vehicle.
상기 제2 단계에서는,
차량 각부에 설치된 센서가 제공하는 혼합 연료의 체적 유량을 계산하는데 필요한 정보로부터 실린더 내에 분사되는 상기 체적 유량을 계산하고 계산된 값을 적산하는 것을 특징으로 하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 방법.
9. The method of claim 8,
In the second step,
Wherein the volume flow rate injected into the cylinder is calculated from the information required to calculate the volume flow rate of the mixed fuel provided by the sensor installed at each corner of the vehicle, and the calculated value is accumulated.
상기 혼합 연료의 체적 유량을 계산하는데 필요한 정보는, 분사 온도, 분사 압력, 실린더와 연료 라인의 압력차, 인젝터의 개방시간 중 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the information necessary for calculating the volume flow rate of the mixed fuel includes a part or all of the injection temperature, the injection pressure, the pressure difference between the cylinder and the fuel line, and the open time of the injector. .
상기 제3 단계에서는,
에탄올 함량 변화가 메모리에 저장된 제1 기준값을 초과하는 경우 조건을 충족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 방법.
9. The method of claim 8,
In the third step,
Wherein the control unit determines that the condition is satisfied when the ethanol content change exceeds a first reference value stored in the memory.
상기 제4 단계에서는,
상기 체적 유량 적산값이 메모리에 기록된 제2 기준값 이하이면, 변화된 에탄올 함량의 연료가 아직 실제 연료 분사에 반영되지 않은 것으로 판단하여 계산된 체적 유량 값을 이전의 값에 적산하는 과정을 반복하며,
상기 체적 유량 적산값이 상기 제2 기준값을 초과하는 경우, 변화된 에탄올 함량의 연료가 실제 연료 분사에 반영된 것으로 판단하여 연료 분사 보정값 적용을 위한 제어 실행 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 방법.
9. The method of claim 8,
In the fourth step,
If the volume flow rate integrated value is less than or equal to the second reference value recorded in the memory, it is determined that the fuel having the changed ethanol content is not yet reflected in the actual fuel injection, and the calculated volume flow rate value is accumulated to the previous value.
Fuel mixture correction value, and when the volume flow rate integrated value exceeds the second reference value, it is determined that the fuel having the changed ethanol content is reflected in the actual fuel injection, and outputs a control execution signal for applying the fuel injection correction value Fuel injection control method.
상기 제2 기준값은 에탄올 센서가 설치된 지점에서 혼합 연료가 분사되는 지점까지의 구간으로 정의되는 함량 변화 모델링 구간의 연료라인 체적, 라인 압력, 그리고 온도를 변수로 하여 계산을 통해 도출되거나, 모사 실험 또는 사전 시뮬레이션을 통해 도출된 결과물인 것을 특징으로 하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 방법.
13. The method of claim 12,
The second reference value may be derived by calculation based on the fuel line volume, line pressure, and temperature of the content change modeling interval defined as the interval from the point where the ethanol sensor is installed to the point where the mixed fuel is sprayed, Wherein the fuel injection control means is an output derived from a pre-simulation.
상기 제5 단계에서의 연료 분사 보정값은 에탄올 함량 및 냉각수온 변화에 따른 변화 구간별 연료 분사 데이터를 저장한 연료 분사 맵을 통해 도출되거나, 에탄올 함량의 변동시간에 종속한 시상수를 가지는 1차 필터를 통해 모델링 된 값인 것을 특징으로 하는 혼합 연료 차량의 연료 분사 제어 방법.9. The method of claim 8,
The fuel injection correction value in the fifth step may be derived from a fuel injection map storing fuel injection data for each change interval according to the ethanol content and the coolant temperature change or may be derived from a first order filter having a time constant depending on the variation time of the ethanol content Fuel ratio of the mixed-fuel vehicle.
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